光子晶体光纤弯曲损耗特性研究

对光子晶体光纤的损耗特性进行了分析,并在实验上对两种典型的光子带隙型和全内反射型光子晶体光纤进行了研究.分别对两种不同结构的光子晶体光纤在弯曲半径2~15 mm范围内的损耗进行了测量.与传统光纤损耗实验结果的对比表明,两种光子晶体光纤的弯曲损耗均不明显,具有很强的抗弯曲损耗能力.实验也证实了光子晶体光纤弯曲损耗存在临界弯曲半径,在大于临界半径的情况下,几乎没有弯曲损耗.从结构上分析并证明光子晶体光纤弯曲损耗随填充比(d/Λ)的增加而减小,填充比越高弯曲损耗越小.     

光子晶体光纤的弯曲损耗振荡特性分析

综合运用弯曲光纤的等效直光纤模型、全矢量频域有限差分法及各向异性完全匹配层吸收边界,计算了两种类型(折射率引导型和带隙型)光子晶体光纤(PCF)的弯曲损耗.通过数值模拟弯曲损耗随弯曲半径的变化关系,证实了两种光子晶体光纤均具有弯曲损耗振荡特性.进而分析了两种光子晶体光纤弯曲损耗振荡的产生机理并给出了与损耗峰对应的包层模式.结果表明,振荡的产生源于基模与包层模式的耦合,其中,折射率引导型光子晶体光纤的弯曲损耗振荡机理类似于传统双包层光纤,带隙型光子晶体光纤弯曲损耗振荡的产生则是两种不同类型的包层模式共同作用的结果.     

带隙型光子晶体光纤微观弯曲传输损耗特性分析

空芯光子晶体光纤由于独特的结构,具有不同于传统光纤在弯曲状态下的光传输特性。对空芯带隙型光子晶体光纤的微观弯曲损耗特性进行研究,利用改进型微弯器使光纤获得不同外力和弯曲条件下的响应,测量其传输谱。实验上分析了波长、压力、微弯振幅和微弯周期等因素对于光纤传输损耗的影响,利用模式理论分析给出了微弯损耗产生的原因。结果表明,带隙型光子晶体光纤的抗微弯能力强,由于表面模式的存在,在1520～1620nm波段内光纤微弯损耗随波长的增加而增大。带隙型光子晶体光纤的弯曲损耗随微弯振幅增大而增大,并且在一定范围内损耗随微弯空间周期的增加而增大,但当微弯周期超过一定的临界值时其损耗随之减小;微弯状态下光纤的表面模式、包层模式与损耗密切相关。     

新型抗弯曲大模场面积光子晶体光纤

研制出一种新型抗弯曲大模场面积石英光子晶体光纤. 利用光子晶体光纤结构设计的灵活性, 通过规划缺陷的位置及空气孔的尺寸, 实现了大模场面积单模及低弯曲损耗特性.应用建立的实际光子晶体光纤特性分析模型, 研究了研制光纤的模式特性和弯曲特性, 在波长1064 nm处, 平直状态下光纤的模场面积可以达到2812 μm², 基模限制损耗为0.00024 dB/m, 高阶模限制损耗高于1.248 dB/m. 基模和高阶模之间的高传输损耗差, 保证了在获得大模场面积的同时实现单模传输. 弯曲半径和弯曲方向角所带来弯曲损耗变化的研究结果显示, 即使在弯曲半径小到5 cm时, 弯曲损耗也在10^-3 dB/m量级以下, 而且在弯曲半径为30 cm时光纤可承受的弯曲方向角范围扩展至-60°–60°. 研制的光纤具有良好的低弯曲损耗特性, 可有效解决非对称结构所带来的光纤弯曲特性对弯曲方向角敏感的问题. 该光纤在高功率光纤激光器、放大器及高功率传输等技术领域具有重要的应用价值. 关键词： 光子晶体光纤 大模场面积 低弯曲损耗 弯曲方向角     

椭圆高双折射光子晶体光纤的双折射及损耗研究

提出了一种椭圆型高双折射光子晶体光纤,并采用多极法分析各结构参量对模式基模模场、双折射、损耗特性的影响.结果表明:改变椭圆型空气孔的椭圆率和包层椭圆率的大小,在波长1 550nm处,该光纤可获得2.26×10-3的双折射,限制损耗为2.8×10-3dB/km,且此时x偏振方向和y偏振方向相差数十倍,有利于光信号偏振传输,可用于制造偏振单模传输的保偏光纤;在1 300~1 500nm的波长范围内,该光纤有稳定的大小为10-6的低损耗.     

单模光纤弯曲损耗的测量与分析

从理论和实验两方面讨论了弯曲半径及工作波长对单模光纤弯曲损耗的影响，测量了1310nm和1550nm波长光作用下，弯曲损耗随弯曲半径的变化关系。结果表明：随着弯曲半径的增大，弯曲损耗系数呈下降趋势，并且伴有振荡现象出现；而且，在弯曲半径较大时，弯曲损耗变化平缓，1550nm波长较1310nm波长明显更易产生弯曲损耗，而小弯曲半径对应的弯曲损耗振荡剧烈，此时两种光波长对弯曲损耗的敏感程度交替变大。     

一种新型高双折射光子晶体光纤特性研究

设计了一种高双折射高非线性光子晶体光纤, 采用全矢量有限元法研究了这种光纤的基模模场、双折射、非线性、有效模面积及色散特性. 数值研究发现, 减小孔间距Λ的大小, 在波长1550 nm 处, 该光纤可获得10^-2 数量级的双折射B, 比普通的椭圆保偏光纤高约两个数量级; 同时, 该光纤可获得42 W^-1·km^-1 的高非线性系数γ. 另外,分别在可见光和近红外波段出现了两个零色散波长, 在波长800–2000 nm 之间具有良好的色散平坦特性. 这种设计为获得高双折射高非线性超平坦色散光子晶体光纤提供了一种新的方法, 该光纤在偏振控制、非线性光学和色散控制方面具有广泛的应用前景. 关键词： 光子晶体光纤 高双折射 高非线性 有限元法     

单模石英光纤弯曲损耗的测量——光纤弯曲损耗特性的设计性实验

阐述了利用布拉格光纤光栅传感器测量单模石英光纤弯曲损耗实验的原理、方法和步骤.该实验是一个关于光信号在光纤中传输时由于弯曲而产生损耗的设计性实验,既能丰富实验教学内容,又能开拓学生的视野,提高学生的创新能力.     

一种新结构高双折射光子晶体光纤

提出了一种新结构的高双折射光子晶体光纤,通过引入掺氟实心圆的方式形成双折射,而不采用大多数高双折射光子晶体光纤中引入不同孔径空气孔或椭圆空气孔的结构。应用全矢量平面波法对其基模场分布、模式截止以及各种结构参量对模式双折射特性的影响进行了详细的分析和讨论。结果表明,该结构光子晶体光纤可以在较宽波长范围内产生10-3量级的模式双折射,且通过调节孔径,可以灵活地将双折射最高点调整到所需的波长上。另外,该结构高双折射光子晶体光纤在拉制工艺、光纤强度以及光纤熔接等方面也具有一定的优势。     

一种高双折射光子晶体光纤的模式特性分析

应用全矢量频域有限差分法,分析了所提出的一种高双折射光子晶体光纤的模式截止、损耗、模场半径及数值孔径等特性.数值模拟结果表明,通过设置合适的结构参量,可使这种高双折射光子晶体光纤在保持模式双折射为10-3量级的前提下,能够在600～1800 nm波长范围内保持单模传输,并且限制损耗可低于10-4dB/m量级,同时还可以获得较大的数值孔径,因而聚光能力增强,此外,通过采用高斯曲线拟合基模的模场分布,得到的模场半径与实际模场半径吻合得很好.     

大模场面积光子晶体光纤耗散孤子锁模激光器

研制了一种基于掺Yb3+的双包层大模场面积偏振光子晶体光纤的耗散孤子锁模激光器.利用数值模拟分析了光纤激光器中耗散孤子动力学过程,与全正色散锁模激光器相比,脉冲窄化机理更加丰富,半导体可饱和吸收镜(SESAM)的非线性吸收,啁啾脉冲的光谱滤波以及光纤的增益色散同时起作用,这些因素使耗散孤子锁模更加容易实现,并且稳定运行.其中,光谱滤波的耗散过程是稳定锁模机制的主导因素,滤波片能够在频域和时域同时窄化脉冲,并且去除脉冲啁啾,限制脉冲在腔内始终小于1ps.在实验上实现了无色散补偿腔中直接输出脉冲宽度777fs,最高平均功率达到1W,重复频率48·27MHz,对应单脉冲能量20nJ的飞秒激光.     

空间激光与单模光纤和光子晶体光纤的耦合效率

为了设计最优光纤耦合系统,利用高斯模场近似单模阶跃光纤的模场和大模面积光子晶体光纤的模场,推导出了理想情况下空间激光与这两种光纤的耦合效率解析表达式以及光纤端面相对于耦合系统存在横向偏移和端面倾斜时的耦合效率解析表达式。基于上述理论表达式计算了空间激光与光纤的耦合效率,并通过实验验证了此理论表达式的有效性。理论计算和实验均证实了单模阶跃光纤对于横向偏移更敏感,当横向偏移量等于单模光纤的纤芯半径时所对应的耦合效率只有20.25%,为理论最大值的1/4;而大模面积光子晶体光纤对于端面倾斜更加敏感,当端面倾斜2°时对应的耦合效率只有40.5%,为理论最大值的1/2。所提出理论表达式和实验方法完全可以为设计光纤耦合系统提供准确的参数。     

Design of single polarization single mode dispersion compensating photonic crystal fiber

In this paper, we present a photonic crystal fiber based on hexagonal structure for improved negative dispersion as well as high birefringence in the telecom wavelength bands. It is demonstrated that it is possible to obtain negative dispersion coefficient of −712 ps/(nm km) and relative dispersion slope (RDS) perfectly match to that of single mode fiber (SMF) of about 0.0036 nm⁻¹ at the operating wavelength 1550 nm. The proposed fiber exhibits high birefringence of the order 2.11 × 10⁻² with nonlinear coefficient about 57.57 W⁻¹ km⁻¹ at 1550 nm. Moreover, it is confirmed that the designed fiber successfully operates as a single mode in the entire band of interest.     

全固态八边形大模场光子晶体光纤的设计

提出一种新型的全固态八边形大模场低损耗的掺镱石英光子晶体光纤,利用多极法对光纤的结构和特性进行了模拟.这种结构的光子晶体光纤空气孔由掺有少量氧化硼的石英棒代替,简化了制备过程,提高了光纤的热损伤阈值.在波长为1064 μm处,光纤的模场面积可达2000 μm²,还可实现单模传输,而且其弯曲损耗很小,当弯曲半径为5 cm时弯曲损耗小于05 dB/m.这种光纤对光纤激光器和光纤放大器的发展有重要意义. 关键词： 光子晶体光纤 模场面积 弯曲损耗 限制损耗     

V形高双折射光子晶体光纤特性研究

本文基于全矢量有限元法,设计了一种V形结构高双折射光子晶体光纤,数值分析结果表明:当光纤的包层孔间距Λ为1.0 μm,包层大空气孔D和小空气孔d分别为0.95 μm,0.7 μm时,在波长为1.55 μm处,该光纤的双折射度B达到1.225×10^-2,比传统光纤高约两个数量级. 另外,分别在可见光和近红外波段出现了两个零色散波长,使钛宝石飞秒激光器工作波段(700—980 nm) 处于光纤的反常色散区,为新颖的光子晶体 关键词： 光子晶体光纤 高双折射 有限元法 V形结构     

V型高双折射光子晶体光纤超连续谱产生的实验研究

高非线性高双折射光子晶体光纤是超连续谱产生的最有效介质之一, 因此本文选取V型光子晶体光纤作为研究对象. 通过多极理论数值模拟的结果, 确定V型光纤具有高双折射、高非线性等特性. 通过实验手段, 发现入射光中心波长和光纤的双折射效应对产生的超连续谱有很大的影响: 当入射光波长处于光子晶体光纤大的反常色散区时, 脉冲相对展得比较宽, 长轴要比短轴方向的超连续谱更宽, 频谱成分更加丰富. 在同一波长下光偏振方向越接近45°时, 超连续谱谱宽范围越大. 随着入射脉冲功率的增加, 超连续谱展得越宽, 但是当功率比较大时会达到功率饱和. 关键词： 光子晶体光纤 高双折射 多极理论 超连续谱     

基于光子晶体光纤的全光纤脉冲放大器

大型激光驱动器装置对光纤前端系统的输出脉冲能力提出了更高的要求,基于大模场光子晶体光纤的mJ级脉冲放大器技术是首先需要解决的关键技术问题。研究了大模场光子晶体的切割和熔接工艺,实现了全光纤结构集成。对1~10kHz重复频率、10ns脉宽、0.3nm线宽的方波脉冲进行了放大实验研究,对比研究了反向和正向泵浦方式对自发辐射放大的抑制效果,在1kHz获得0.6mJ,单横模脉冲输出,初步验证了基于此类系统获得大能量、高品质脉冲输出的能力。     

Tunable and switchable multi-wavelength Erbium-doped photonic crystal fiber ring laser incorporating a length of highly nonlinear photonic crystal fiber

A tunable and switchable multi-wavelength Erbium-doped photonic crystal fiber ring laser incorporating a length of single-mode highly nonlinear photonic crystal fiber is proposed and demonstrated experimentally. Stable dual-wavelength and triple-wavelength operations at room temperature are achieved by employing the highly nonlinear photonic crystal fiber to induce four-wave mixing effect and a polarization controller to vary the polarization states of propagation lights in the laser cavity. The laser cavity is free from any wavelength selection components. The laser obtains maximal 30 dB signal-to-noise ratio and the peak power fluctuations of lasing lines are less than 1.39 dB.     

高功率光子晶体光纤放大器实验研究

利用掺Yb³⁺的光子晶体光纤作为光纤放大器的增益介质,采用反向抽运方式,分别从理论和实验方面研究了不同信号的增益特性,在信号光功率为6W,抽运光功率为160W时,获得了104W的输出功率.实验发现,当抽运功率大于一定值时,放大器输出会有一定的不稳定性,并影响输出功率的进一步提高. 关键词： 光子晶体光纤 光纤放大器 反向抽运 高功率     

基于光子晶体光纤的全光纤脉冲放大器

大型激光驱动器装置对光纤前端系统的输出脉冲能力提出了更高的要求,基于大模场光子晶体光纤的mJ级脉冲放大器技术是首先需要解决的关键技术问题。研究了大模场光子晶体的切割和熔接工艺,实现了全光纤结构集成。对1~10 kHz重复频率、10 ns脉宽、0.3 nm线宽的方波脉冲进行了放大实验研究,对比研究了反向和正向泵浦方式对自发辐射放大的抑制效果,在1 kHz获得0.6 mJ,单横模脉冲输出,初步验证了基于此类系统获得大能量、高品质脉冲输出的能力。